К воде, применяемой в промышленности, предъявляются существенно более низкие
требования, чем к питьевой. Соответственно, более
низкие требования предъявляются к составу воды в источниках промышленного
водоснабжения. Как следствие, набор используемых технических средств и способов
подготовки воды несколько ниже (не говорится о подготовке воды для
фармацевтической промышленности, к которой предъявляются более жесткие
требования, чем даже к питьевой воде). Огромные количества воды использует
энергетика: малая - отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование - и
большая - производство электрической энергии.
Водоподготовка на ТЭС и АЭС
По принятым в СССР, а теперь в странах СНГ нормам, питательная вода
котлов высокого давления должна содержать растворенных веществ не более 10
мкг/л. Такая норма вынуждает применять сложную, многостадийную схему очистки
воды.
Вначале подогретая сырая, то есть неочищенная, вода поступает на стадию
предварительного (химического) умягчения. На этой стадии предстоит максимально
снизить концентрацию в ней солей жесткости, железа, углекислоты, кремниевой
кислоты, примесей органических веществ, твердых взвешенных частиц. Все эти
задачи решаются добавлением к сырой воде осадительных
реагентов, коагулянта или флокулянта. Малорастворимые
соединения выпадают в осадок, сворачиваются в флокулы
и отделяются от предварительно умягченной воды осаждением в гравитационном
поле. Процесс осветления происходит в отстойниках-осветлителях, диаметр которых
может достигать
Осветленная вода проходит песочные фильтры и далее
поступает на целый ряд ионообменных фильтров: катионитовых
и анионитовых. Только после этого удается достичь установленной
нормы: общего содержания примесей не более 10 мкг/л. Чем меньше примесей
останется в предварительно умягченной воде, тем ниже нагрузка на ионообменные
фильтры. Тем реже их надо выводить на регенерацию, реже промывать после регенерации предварительно умягченной водой. Тем меньше
расход реагентов и объемы хлорсодержащих стоков.
Сложность задачи, решаемой на стадии химического или предварительного
умягчения, заключается в том, что в ограниченном объеме одновременно протекает
несколько химических реакций и процессов: зарождение и рост твердой фазы;
адсорбция на ней ионов с образованием двойного электрического слоя; адсорбция
на образующейся поверхности раздела фаз растворенных молекул, воды; коагуляция
твердой фазы. Естественно, что все процессы, запускаясь независимо,
взаимосвязаны через концентрацию отдельных компонентов, через балансы
прихода-расхода, через тепломассообмен. В результате
суммарную концентрацию кальция и магния в предварительно умягченной воде
удается получить 1,1-1,7 мг?экв/л,
что существенно выше равновесной растворимости. Естественным решением задачи
повышения эффективности очистки воды от солей жесткости является
разбиение процесса на несколько стадий. Уже при двух стадиях процесса очистки
удается достичь суммарного содержания ионов кальция и магния 0,6 мг?экв/л; при 5 стадиях - 0,16 мг?экв/л. Естественно, что при этом многократно снижается
нагрузка на этап ионообменной очистки, сокращается количество
регенераций ионообменников, снижаются расход реагентов, объемы сбрасываемых
засоленных стоков.
Нельзя забывать при решении столь сложной задачи и об интенсивности
перемешивания очищаемой воды и реагентов. Достаточно упомянуть, что интенсивное
перемешивание раствора при добавлении в него коагулянтов приводит к разбиванию
образующихся флокул, делая практически бесполезным
использование дорогостоящих флокулянтов. Изменение
технологии предварительного умягчения определяет и аппаратурное оформление
процесса. Одностадийная очистка предусматривала смешение всех реагентов
в нижней конусной части осветлителя. Вызываемые производственной необходимостью
в процессе эксплуатации изменения нагрузки на осветлитель приводили к изменению
локализации зоны реакции. Перенос реакций очистки и сопутствующих
процессов в каскад реакторов стабилизирует работу осветлителя.
Скорости отстоя твердой фазы Vтв
как индивидуальное свойство конкретной суспензии определяют в лабораторных
условиях. Одновременно определяют способность этой суспензии уплотняться.
Диаметр осветлителя для работы на стадии предварительного умягчения, так же как
и диаметр любого отстойника в химической технологии, выбирают из соотношения
скорости отстоя твердой фазы Vтв
данной суспензии и скорости восходящего потока Vж
жидкости:
Однако при конструкции аппарата, когда суспензию на отстаивание вводят в одну
точку нижней части осветлителя, очень трудно говорить о равномерном
распределении восходящего потока жидкости по всему сечению отстойника, тем более если его диаметр
Водоподготовка для котлов малого давления
Малая энергетика, обслуживающая коммунальное хозяйство и промышленные
предприятия пищевой промышленности, применяет котлы низкого давления и малой
производительности. В этом случае к очистке питательной воды
предъявляются невысокие требования. Достаточно снизить концентрацию солей
жесткости в воде, поступающей в водогрейный котел, до 1,5 мг?экв/л, а в питательной воде паровых котлов в
зависимости от давления до 0,1-0,5 мн?экв/л. Водоподготовка
в этом случае может быть обеспечена за счет использования ионообменных
материалов: сульфоугля или катионитовых
ионообменных смол. Естественно, что технологическая схема водоподготовки
должна предусматривать узел приготовления раствора хлорида натрия для регенерации ионообменного материала, промывку ионита водой после
регенерации, сброс засоленных стоков.